Легочная вентиляция при нагрузке под водой. Вентиляционный эквивалент
Обновлено: 06.05.2024
2.5.5.7. После срабатывания указателя минимального давления или другого устройства, предупреждающего работающего водолаза об израсходовании рабочего запаса воздуха в баллонах дыхательного аппарата, и включения резервной подачи воздуха водолаз должен сообщить об этом на поверхность и немедленно приступить к подъему.
2.5.6. При нахождении работающего водолаза под водой страхующий водолаз должен внимательно следить за соблюдением времени пребывания водолаза под водой в зависимости от глубины спуска, времени действия водолазного дыхательного аппарата и через каждые пять минут докладывать об этом руководителю спуска.
2.5.7. При получении от работающего водолаза аварийного сигнала следует немедленно начать его подъем и одновременно доложить о случившемся руководителю водолазного спуска.
2.5.8. Любые изменения в обстановке (спуск или подъем грузов, инструмента, изменение длины швартовов или якорных цепей, включение отдельных систем, изменение режима подачи воздуха и другие действия, влияющие на безопасность водолаза) должны проводиться только с разрешения руководителя водолазного спуска после выхода работающего водолаза на поверхность.
2.5.9. Во всех случаях появления неисправности водолазного снаряжения или плохого самочувствия водолазу следует прекратить работу, доложить об этом руководителю спусков и действовать в строгом соответствии с его указаниями.
2.5.10. По окончании работы (задания) работающий водолаз сообщает об этом руководителю водолазного спуска и, получив от него разрешение выхода на поверхность, должен ответить на сигнал, прекратить работу, подойти к спусковому концу (беседке) и начать подъем.
2.5.11. При выходе компрессора из строя работа должна быть прекращена и водолаз (водолазы) должен быть поднят на поверхность с соблюдением режима декомпрессии.
Система внешнего дыхания
Кислородтранспортная система включает систему внешнего дыхания, систему крови и сердечнососудистую систему. Функциональные свойства каждой из этих систем в конечном счете определяют кислородтранспортные возможности организма спортсмена.
Внешнее дыхание служит первым звеном кислородтранспортной системы. Оно обеспечивает организм кислородом из окружающего воздуха за счет легочной вентиляции и диффузии О2 через легочную (альвеолярно-капиллярную) мембрану в кровь.
Легочные объемы и емкости. У тренирующих выносливость спортсменов легочные объемы и емкости (за исключением дыхательного объема) в покое в среднем на 10-20% больше, чем у нетренированных. Эти различия, однако, уменьшаются при учете размеров тела (роста, веса, поверхности тела), поскольку общий и остаточный объемы и особенно жизненная емкость легких (ЖЕЛ) пропорциональны размерам тела (примерно длине тела в кубе).
Сучетом размеров тела легочные объемы и емкости слабо коррелируют или вообще не коррелируют с МПК и спортивными результатами. Спортсмены с относительно небольшой ЖЕЛ могут иметь большие величины МПК и наоборот; у высококвалифицированных спортсменов между ЖЕЛ и МПК невысокая корреляция.
Легочная вентиляция. В связи с высокой скоростью потребления кислорода легочная вентиляция в течение всего времени выполнения упражнений на выносливость исключительно велика. Так, при беге со скоростью и продолжительностью, соответствующими бегу на 10 000 м (около 30 мин), легочная вентиляция у бегунов-стайеров колеблется в пределах 120-145 л/мин (см. рис. 15). У нетренированных людей такая легочная венти-.ляция является предельной и может поддерживаться лишь очень короткое время.
Какизвестно, даже при максимальной аэробной нагрузке рабочая легочная вентиляция ниже предельных возможностей дыхательного аппарата, которые измеряют величиной максимальной произвольной вентиляции (МПВ). Однако последняя определяется за короткое время (обычно 12 с), тогда как при выполнении упражнений на выносливость спортсмен должен поддерживать очень высокую рабочую легочную вентиляцию на протяжении многих минут или даже часов. У нетренированных молодых мужчин МПВ составляет в среднем 120 л/мин, а у хорошо тренированных спортсменов эти показатели выше.
Особенно заметна разница в показателях выносливости дыхательного аппарата. Так, легочную вентиляцию на уровне 80% от МПВ бегуны-стайеры поддерживают в среднем 11 мин, а нетренированные могут 3 мин. Хорошее развитие дыхательной мускулатуры (силы и выносливости дыхательных мышц), а также сниженное сопротивление движению воздуха в дыхательных путях дают возможность поддерживать большую легочную вентиляцию во время мышечной работы.
Приодной и той же рабочей легочной вентиляции частота дыхания у спортсменов меньше, чем у нетренированных людей. Следовательно, рост легочной вентиляции у спортсменов обеспечивается за счет увеличения дыхательного объема (глубины дыхания) в большей мере, чем за счет частоты дыхания. Этому способствуют:
1) увеличенные легочные объемы,
2) большая сила и выносливость дыхательных мышц,
3) повышенная растяжимость грудной клетки и легких и
4) снижение сопротивления току воздуха в воздухоносных путях. Как известно, при увеличении дыхательного объема относительно уменьшается объем "мертвого" пространства, благодаря чему легочная вентиляция становится эффективнее, так как более значительную ее часть составляет в этом случае альвеолярная вентиляция.
Повышение эффективности легочной вентиляции - главный результат тренировки выносливости в отношении функций внешнего дыхания. Об этом, в частности, можно по объему легочной вентиляции на литр потребленного О2 (VE/VO2.) Вентиляционный эквивалент кислорода в условиях покоя почти не изменяется в результате тренировки выносливости. Однако количество воздуха, вентилируемого при одинаковом потреблении кислорода во время мышечной работы, у спортсменов меньше, чем у нетренированных людей. Причем эта разница тем больше, чем больше мощность выполняемой работы, т. е. чем выше скорость потребления О2.
| Рис. 35. Скорость потребления О2, легочная вентиляция и концентрация лактата в крови при ступенчато нарастающей мощности нагрузки: АПвент. - вентиляционный анаэробный порог, АП4 - "стандартный" лактацидемический анаэробный порог, соответствующий мощности нагрузки, при которой концентрация лактата в крови достигает 4 ммоль/л, АПинд. - "индивидуальный" лактацидемический анаэробный порог, соответствующий мощности нагрузки, начиная с которой концентрация лактата в крови быстро нарастает |
Особенно важно, что в результате тренировки повышается вентиляционный анаэробный порог (рис. 35), т. е. критическая мощность работы, начиная с которой легочная вентиляция растет быстрее, чем мощность работы (нелинейный, гиперболический, участок кривой, графически выражающей связь между легочной вентиляцией и потреблением О2). У нетренированных людей вентиляционный анаэробный порог соответствует мощности нагрузки, равной 50- 60% МПК, а у хорошо тренированных на выносливость спортсменов - 80-85% МПК.
Следовательно, при выполнении упражнений большой аэробной мощности необходимый объем легочной вентиляции у спортсмена значительно меньше, чем у неспортсменов. Даже очень высокого уровня МПК (5 л/мин и более) выдающиеся спортсмены часто достигают при такой же легочной вентиляции, которая у менее подготовленных людей необходима для достижения значительно более низкого уровня МПК-
Кислородная стоимость дыхания, как известно, сильно растет с увеличением легочной вентиляции (особенно при мощности выше критической, т. е. выше анаэробного порога). Благодаря увеличенной эффективности вентиляции, особенно при продолжительной работе (например, при марафонском беге), дыхательные мьшщы у спортсменов затрачивают кислорода меньше, а к работающим скелетным мышцам его направляется больше, чем у нетренированного человека. Следует, однако, отметить, что при одинаковом уровне легочной вентиляции механическая работа дыхания (а следовательно, и его кислородная стоимость) сходна у тренированных и нетренированных.
Врезультате тренировки выносливости концентрация лактата в крови при выполнении немаксимальной аэробной работы снижается. Следовательно, ослабевает один из химических стимулов рабочей гипервентиляции. Кроме того, у тренированных выносливых спортсменов чувствительность дыхательного центра к действию СО2 снижена.
Таким образом, тренировка выносливости, с одной стороны" снижает легочную вентиляцию при стандартной немаксимальной аэробной работе, а с другой - повышает максимальную рабочую гипервентиляцию (при выполнении максимальной, аэробной работы). У спортсменов она обычно равна около 180, у нетренированных людей - около 120 л/мин. "Химическими" механизмами повышенной максимальной рабочей гипервентиляции у спортсменов служат усиленное образование СО2 (равное или почти равное очень большой скорости потребления О2), а также высокая концентрация лактата и водородных ионов в артериальной крови при выполнении нагрузки максимальной аэробной мощности.
| Рис. 36. Диффузионная способность легких для О2 у неспортсменов и спортсменов разных специализаций в покое и при максимальной аэробной работе |
Диффузионная способность легких.В покое и при мышечной работе диффузионная способность легких у спортсменов выше" чем у неспортсменов (рис. 36). Так, у бегунов-марафонцев она в покое почти такая же, как у нетренированного мужчины при максимальной работе. Хотя в показателях максимальной диффузионной способности легких у разных людей имеются большие различия, в целом они находятся в прямой связи с максимальными аэробными возможностями.
Повышение диффузионной способности легких у спортсменов связано отчасти с увеличением легочных объемов, что обеспечивает большую альвеолярно-ка-пиллярную поверхность, но главным образом - с увеличением объема крови в легочных капиллярах за счет расширения альвеолярной капиллярной сети и повышения центрального объема крови.
Высокая диффузионная способность легких обеспечивает ускоренный переход кислорода из альвеол в кровь легочных капилляров и быстрое насыщение ее кислородом при нагрузках очень большой мощности.
Парциальное напряжение О2 в артериальной крови (РаО2).РаО2 позволяет судить об эффективности обмена кислорода в легких. В покое оно практически одинаково у спортсменов и неспортсменов и колеблется у здоровых людей примерно до 40 лет в пределах 85-105. мм рт. ст. (чаще всего 95-98 мм рт. ст.).
Присубмаксимальной и более легкой аэробной работе РаО2 практически не отличается от условий покоя. Лишь при околомаксимальной и максимальной аэробной работе оно несколько снижается: у нетренированных людей обычно не более чем на 5-10 мм рт. ст., а у очень хорошо тренированных спортсменов с высоким. МПК- на 10-15 мм рт. ст. (при максимальной работе).
Такое значительное снижение РаОг у спортсменов не является следствием недостаточной диффузионной способности легких или уменьшения парциального давления О2 в альвеолярном воздухе (последнее при работе обычно превышает 100 мм рт. ст.). Скорее всего, это происходит из-за несоответствия .между вентиляцией и перфузией крови в легких, а также из-за высокой скорости движения Крови через альвеолярные капилляры. Кроме того, возможно, что РаО2 заметнее снижается у спортсменов в связи с более значительным, чем у неспортсменов, "венозным шунтом" - объемом венозной крови, который поступает прямо в артериальные сосуды и полости сердца, минуя альвеолярные капилляры. Особенно большую роль в этом отношении может играть сброс венозной крови из коронарных вен сердца, поскольку у спортсменов объем коронарного кровотока выше, а содержание О2 в коронарной венозной крови снижено больше, чем у неспортсменов.
Вцелом система внешнего дыхания спортсмена поддерживает напряжение кислорода в артериальной крови, необходимое для эффективного снабжения кислородом работающих мышц и других активных органов и тканей.
Таким образом, главные эффекты тренировки выносливости в отношении системы внешнего дыхания состоят в следующем:
— увеличение легочных объемов и емкостей;
— повышение мощности и эффективности (экономичности) внешнего дыхания;
Дыхательный эквивалент (EQO2)
Дыхательный эквивалент рассчитывается путем деления минутной вентиляции легких (VE л/мин) на потребление кислорода (VO2 л/мин). EQO2 = VE / VO2 Значение EQO2 отражает количество вдыхаемого воздуха, которое необходимо для поглощения 1 литра O2 и таким образом представляет собой показатель вентиляторной эффективности. Дыхательный эквивалент составляет около 25 единиц в состоянии покоя, т.е. для поглощения 1 л О2 требуется около 25 л воздуха. С началом нагрузки EQO2 падает и достигает у тренированных атлетов минимальных значений около 20. "Точка оптимальной эффективности дыхания" (согласно Hollmann) определяется, когда максимум потребления кислорода (VO2) достигается при относительном минимуме минутного дыхательного объема (VE). При дальнейшем увеличении нагрузки дыхание становится "неэкономным" (увеличение вентиляции мертвого пространства, слишком короткое контактное время для поглощения O2 в легочных капиллярах), за счет чего происходит повышение дыхательного эквивалента. В пограничной области физической работоспособности EQO2 достигает значений 30-35. Степень тренированности, а также тип нагрузки влияют на определение значения VO2макс. Значение VO2макс, достигаемое на бегущей дорожке за счет большей задействованности мышечной массы, как правило, выше, чем VO2макс при тесте на велоэргометре. Однако гребцы или велосипедисты способны достичь своего действительного VO2макс на эргометрах, специфических для своих видов спорта, поскольку за счет характерных заученных движений тренированная мускулатура может быть максимально задействована и напряжена. Выбор нагрузочного протокола также влияет на полученные результаты. Сегодня в основном выбираются протоколы линейного или ступенчатого увеличения нагрузки. Общая длительность нагрузки должна быть 7-12 минут. Меньшая или большая длительность нагрузки может привести к искажению результатов тестирования. Максимальная аэробная производительность может быть выражена в метаболических единицах (MET).1 MET соответствует энергетическому обмену в состоянии покоя со средним потреблением кислорода 3,5 мл/мин/кг. Соответственно, могут быть рассчитаны следующие приблизительные значения максимального энергетического обмена у людей с различным уровнем физической подготовленности:
2. Нетренированные 10
3. Тренированные спортсмены 15
4. Высокотренированные спортсмены 20 METs.
Значения рассчитанные по формулам непрямого определения VO2макс из мощности в Вт (для велоэргометрических исследований) или достигнутой скорости (при тестировании на бегущей дорожке), имеют достаточно большой разброс ввиду большого числа факторов воздействия.
Рекомендуем для прочтения:
Конституционное право Понятие конституционное право используется в трех взаимосвязанных элементах.
МАНИПУЛЯЦИЯ № 107 «ТЕХНИКА ПОДКОЖНОЙ ИНЪЕКЦИИ» Цель: введение лекарственного раствора подкожно. Показания: определяет врач. Противопоказания: определяет врач. Оснащение: на лотке.
Глобальные проблемы современности и пути их решения Современная планетарная цивилизация характеризуется как динамичное, многообразное и противоречивое социальное образование.
Партограмма - правила заполнения Может быть единственным документом наблюдения за течением нормальных родов.
Диагностика воспитанности учащихся «Хороший воспитатель должен обязательно вести дневник своей работы.
Оценка функций дыхания
Дыхание — это единый процесс, осуществляемый целостным организмом и состоящий из трех неразрывных звеньев:
а) внешнего дыхания, то есть газообмена между внешней средой и кровью легочных капилляров;
б) переноса газов, осуществляемого системами кровообращения;
в) внутреннего (тканевого) дыхания, то есть газообмена между кровью и клеткой, в процессе которого клетки потребляют кислород и выделяют углекислоту.
Система внешнего дыхания
Система внешнего дыхания состоит из легких, верхних дыхательных путей и бронхов, грудной клетки и дыхательных мышц (межреберные, диафрагма и др.). Внешнее дыхание обеспечивает обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров, то есть насыщение венозной крови кислородом и освобождение ее от избытка углекислоты, что свидетельствует о взаимосвязи функции внешнего дыхания с регуляцией кислотно-щелочного равновесия. В физиологии дыхания функцию внешнего дыхания разделяют на три основные процесса — вентиляцию, диффузию и перфузию (кровоток в капиллярах легких).
Под вентиляцией следует понимать обмен газа между альвеолярным и атмосферным воздухом. От уровня альвеолярной вентиляции зависит постоянство газового состава альвеолярного воздуха.
Альвеолярная вентиляция равна разности между объемом дыхания в минуту и объемом «мертвого» пространства, умноженной на число дыханий в минуту. Объем вентиляции зависит прежде всего от потребности организма в кислороде при выведении определенного количества углекислого газа, а также от состояния дыхательных мышц, проходимости бронхов и пр. Не весь вдыхаемый воздух достигает альвеолярного пространства, где происходит газообмен. Если объем вдыхаемого воздуха равен 500 мл, то 150 мл остается в «мертвом» пространстве, и за минуту через дыхательную зону легких в среднем проходит (500 мл — 150 мл) х 15 (частота дыхания) = 5250 мл атмосферного воздуха. Эта величина называется альвеолярной вентиляцией. «Мертвое» пространство возрастает при глубоком вдохе, его объем зависит также от массы тела и позы обследуемого.
Диффузия — это процесс пассивного перехода кислорода из легких через альвеоло-капиллярную мембрану в гемоглобин легочных капилляров, с которыми кислород вступает в химическую реакцию.
Перфузия (орошение) легких кровью по сосудам малого круга. Об эффективности работы легких судят по соотношению между вентиляцией и перфузией. Указанное соотношение определяется числом вентилируемых альвеол, которые соприкасаются с хорошо перфузируемыми капиллярами. При спокойном дыхании у человека верхние отделы легкого расправляются полнее, чем нижние. При вертикальном положении нижние отделы перфузируются кровью лучше, чем верхние.
Легочная вентиляция
Легочная вентиляция повышается параллельно увеличению потребления кислорода, причем при максимальных нагрузках у тренированных лиц она может возрастать в 20—25 раз по сравнению с состоянием покоя и достигать 150 л/мин и более. Такое увеличение вентиляции обеспечивается возрастанием частоты и объема дыхания, причем частота может увеличиться до 60—70 дыханий в минуту, а
дыхательный объем — с 15 до 50% жизненной емкости легких (Н. Monod, М. Pottier, 1973). В возникновении гипервентиляции при физических нагрузках важную роль играет раздражение дыхательного центра в результате высокой концентрации углекислого газа и водородных ионов при высоком уровне молочной кислоты в крови.
Гипервентиляция, вызываемая физическими нагрузками, всегда ниже максимальной вентиляции, и увеличение диффузной способности кислорода в легких во время работы также не является предельным. Поэтому, если отсутствует легочная патология, дыхание не ограничивает мышечную работу. Важный показатель — потребление кислорода — отражает функциональное состояние кардиореспи-раторной системы. Существует связь между факторами циркуляции и дыхания, влияющими на объем потребляемого кислорода. Во время физических нагрузок потребление кислорода значительно увеличивается. Это предъявляет повышенные требования к функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Поэтому кардиореспираторная система при мышечной работе подвержена изменениям, которые зависят от интенсивности физических нагрузок.
Исследование функции внешнего дыхания в спорте позволяет наряду с системами кровообращения и крови оценить функциональное состояние спортсмена в целом и его резервные возможности. Исследование начинают со сбора анамнеза, затем переходят к осмотру, перкуссии и аускультации. Осмотр позволяет определить тип дыхания, установить наличие или отсутствие одышки (особенно при тестировании) и т.п. Определяют три типа дыхания: грудной, брюшной (диафрагмальный) и смешанный. При грудном типе дыхания на вдохе заметно поднимаются ключицы и происходит движение ребер. При этом типе дыхания объем легких возрастает главным образом за счет движения верхних и нижних ребер. При брюшном типе дыхания увеличение объема легких происходит в основном за счет движения диафрагмы — на вдохе она опускается вниз, несколько смещая органы брюшной полости. Поэтому стенка живота на вдохе при брюшном типе дыхания слегка выпячивается. У спортсменов, как правило, смешанный тип дыхания, где участвуют оба механизма увеличения объема грудной клетки.
Перкуссия (поколачивание) позволяет определить изменение (если оно есть) плотности легких. Изменения в легких являются обычно следствием некоторых заболеваний (воспаление легких, туберкулез и др.).
Аускультация (выслушивание) определяет состояние воздухоносных путей (бронхов, альвеол). При различных заболеваниях органов дыхания прослушиваются весьма характерные звуки — различные хрипы, усиление или ослабление дыхательного шума и т.д. Исследование внешнего дыхания проводят по показателям, характеризующим вентиляцию, газообмен, содержание и парциальное давление кислорода и углекислого газа в артериальной крови и по другим параметрам. Для исследования функции внешнего дыхания пользуются спирометрами, спирографами и специальными аппаратами открытого и закрытого типа. Наиболее удобно спирографическое исследование, при котором на движущейся бумажной ленте записывается кривая — спирограмма.
По этой кривой, зная масштаб шкалы аппарата и скорость движения бумаги, определяют следующие показатели легочной вентиляции: частоту дыхания (ЧД), дыхательный объем (ДО), минутный объем дыхания (МОД), жизненную емкость легких (ЖЕЛ), максимальную вентиляцию легких (МВЛ), остаточный объем легких (ОО), общую емкость легких (ОЕЛ). Кроме того, исследуется сила дыхательной мускулатуры, бронхиальная проходимость и др.
Легочная вентиляция связана с функцией дыхательных мышц (рис.3). Движения легких совершаются в результате сокращения дыхательных мышц в сочетании с движениями частей грудной стенки и диафрагмы.
Дыхательные мышцы — это те мышцы, сокращение которых изменяет объем грудной клетки. Вдох создается расширением грудной клетки (полости) и всегда является активным процессом. Обычно главную роль во вдохе играет диафрагма. При усиленном вдохе сокращаются дополнительные группы мышц.
Выдох в покое происходит пассивно вследствие постепенного снижения активности мышц, создающих условия для вдоха. Расслабление связанных с дыханием мышц придает грудной клетке положение пассивного выдоха. При усиленном выдохе в дополнение к другим мышечным группам действуют внутренние межреберные мышцы, а также брюшные мышцы.
Объем легких при вдохе не всегда одинаков. Объем воздуха, вдыхаемый при обычном вдохе и выдыхаемый
при обычном выдохе, называется дыхательным воздухом (ДВ).
Остаточный воздух (ОВ) — объем воздуха, оставшийся в невозвратившихся в исходное положение легких. Частота дыхания (ЧД) — количество дыханий в 1 мин. Определение ЧД производят по спирограмме или по движению грудной клетки. Средняя частота дыхания у здоровых лиц — 16—18 в минуту, у спортсменов — 8—12. В условиях максимальной нагрузки ЧД возрастает до 40—60 в 1 мин.
Глубина дыхания (ДО) — объем воздуха спокойного вдоха или выдоха при одном дыхательном цикле. Глубина дыхания зависит от роста, веса, пола и функционального состояния спортсмена. У здоровых лиц ДО составляет 300—800 мл. Минутный объем дыхания (МОД) характеризует функцию внешнего дыхания. В спокойном состоянии воздух в трахее, бронхах, бронхиолах и в неперфузируемых альвеолах в газообмене не участвуют, так как не приходит в соприкосновение с активным легочным кровотоком — это так называемое «мертвое» пространство. Часть дыхательного объема, которая участвует в газообмене с легочной кровью, называется альвеолярным объемом. С физиологической точки зрения альвеолярная вентиляция — наиболее существенная часть наружного дыхания, так как она является тем объемом вдыхаемого за 1 мин воздуха, который обменивается газами с кровью легочных капилляров. МОД измеряется произведением ЧД на ДО. У здоровых лиц ЧД — 16—18 в минуту, а ДО колеблется в пределах 350—750 мл, у спортсменов ЧД — 8—12 мл, а ДО — 900—1300 мл. Увеличение МОД (гипервентиляция) наблюдается вследствие возбуждения дыхательного центра, затруднения диффузии кислорода и др.
В покое МОД составляет 5—6 л, при напряженной физической нагрузке может возрастать в 20—25 раз и достигать 120— 150 л в 1 мин и более. Увеличение МОД находится в прямой зависимости от мощности выполняемой работы, но только до определенного момента, после которого рост нагрузки уже не сопровождается увеличением МОД. Даже при самой тяжелой нагрузке МОД никогда не превышает 70—80% уровня максимальной вентиляции. Расчет должной величины МОД основан на том, что у здоровых лиц из каждого литра провентилированного воздуха поглощается примерно 40 мл кислорода (это так называемый коэффициент использования кислорода — КИ). Его можно рассчитать по формуле:должное потребление кислорода / 40, а должную величину поглощения кислорода рассчитывают по формуле: должный основной обмен (в ккал) / 7,07 где должный основной определяют по таблицам Гаррис-Бенедикта; 7,07 — число, полученное при умножении калорийной ценности 1 л кислорода (4,91 ккал) на число минут в сутках (1440 мин) и деленное на 1000.
Вентиляционным эквивалентом (ВЭ) называются соотношение между МОД и величиной потребления кислорода. В состоянии покоя 1 л кислорода в легких поглощается из 20—25 л воздуха. При тяжелой физической нагрузке вентиляционный эквивалент увеличивается и достигает 30—35 л. Под влиянием тренировки на выносливость вентиляционный эквивалент при стандартной нагрузке уменьшается. Это свидетельствует о более экономном дыхании у тренированных лиц.
Жизненная емкость легких
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) состоит из дыхательного объема легких, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха. ЖЕЛ зависит от пола, возраста, размера тела и тренированности. ЖЕЛ составляет в среднем у женщин 2,5—4 л, а у мужчин — 3,5—5 л. Под влиянием тренировки ЖЕЛ возрастает, у хорошо тренированных спортсменов она достигает 8 л.
Абсолютные значения ЖЕЛ мало показательны из-за индивидуальных колебаний. При оценке состояния обследуемого рекомендуется рассчитывать «должные» величины.
Для расчета ЖЕЛ обычно используют формулу Anthony и Vernath (1961), в основу которой положена величина основного обмена (ккал/24 ч). Ее находят по таблицам Гаррис-Бенедикта соответственно полу, возрасту и массе тела. ДЖЕЛ = величина основного обмена (ккал) х к, где к — коэффициент: 2,3 у женщин, 2,6 — у мужчин. Величину основного обмена (ккал) определяем по таблицам Гаррис-Бенедикта, где находят фактор роста (Б) и фактор веса (А). Сумма А + Б и есть должная величина основного обмена. Должный основной обмен, как и ЖЕЛ, зависит от пола, возраста, роста и веса, легко определяется по специальным таблицам и выражается в килокалориях. Для выражения отношения в процентах
фактической ЖЕЛ к должной пользуются формулой:
фактическая ЖЕЛ / должная ЖЕЛ х 100
ЖЕЛ считается нормальной, если составляет 100% должной величины. Для оценки ДЖЕЛ можно пользоваться номограммой (рис.4, 5). ЖЕЛ выражается в процентах к ДЖЕЛ.
Общая емкость легких (ОЕЛ) представляет собой сумму ЖЕЛ и остаточного объема легких, то есть того воздуха, который остается в легких после максимального выдоха и может быть определен только косвенно. У молодых здоровых лиц — 75— 80%. ОЕЛ занимает ЖЕЛ, а остальное приходится на остаточный объем. У спортсменов доля ЖЕЛ в структуре ОЕЛ увеличивается, что благоприятно отражается на эффективности вентиляции.
Максимальная вентиляция легких
Максимальная вентиляция легких (МВЛ) — это предельно возможное количество воздуха, которое может быть провентилировано через легкие в единицу времени.
Обычно форсированное дыхание проводится в течение 15 с и умножается на 4. Это и будет величина МВЛ. Большие колебания МВЛ снижают диагностическую ценность определения абсолютного значения этих величин. Поэтому полученную величину МВЛ приводят к должной. Для определения должной МВЛ пользуются формулой — должная МВЛ = 1/2ЖЕЛ х 35; или с использованием основного обмена по таблице А. Теличинаса (1968); или по номограмме.
Снижение МВЛ происходит вследствие уменьшения объема вентилируемой легочной ткани и снижения бронхиальной проходимости, гиподинамии. У мужчин в возрасте 20—30 лет МВЛ колеблется от 100 до 180 (в среднем 140 л/мин), у женщин — от 70 до 120 л/мин. У высокорослых спортсменов с хорошо развитой дыхательной мускулатурой МВЛ иногда достигает 350 л/мин, у спортсменок — 250 л/мин (W. Hollmann, 1972).
Таким образом МВЛ наиболее точно и полно характеризует функцию внешнего дыхания в сравнении с другими спирографическими показателями
Для оценки бронхиальной проходимости
Для оценки бронхиальной проходимости используют тест ФЖЕЛ (форсированная жизненная емкость легких). Обследуемому предлагают максимально глубоко вдохнуть и быстро выдохнуть. ФЖЕЛ у здоровых лиц ниже ЖЕЛ на 200—300 мл. Тиффно предложил измерять ФЖЕЛ за первую секунду. В норме ФЖЕЛ за секунду составляет не менее 70% ЖЕЛ. Пневмотахометрия проводится пневмотахометром Б.Е. Вотчала. Методом пневмотахометрии определяют скорость воздушной струи при максимально быстром вдохе и выдохе. У здоровых лиц этот показатель колеблется у мужчин от 5 до 8 л/с, у женщин — от 4 до 6 л/с. Отмечена зависимость пневмотахометрического показателя от ЖЕЛ и возраста. Обнаружено, что чем больше ЖЕЛ, тем выше максимальная скорость выдоха. Пневмотахометрический показатель зависит от бронхиальной проходимости, силы дыхательной мускулатуры спортсмена, его возраста, пола и функционального состояния. Величину максимальной скорости выдоха сравнивают с должными величинами, рассчитанными по формуле: должная величина выдоха = ЖЕЛ х 1,2. Разница фактической и должной величин у здоровых людей не должна быть более 15% от должного уровня. У здоровых лиц показатель выдоха больше вдоха. С повышением тренированности отмечается преобладание максимальной скорости вдоха над выдохом. Увеличение скорости вдоха у спортсменов объясняется повышением резервных возможностей легких. Объем воздуха, остающегося в легких после максимального выдоха (ОО) наиболее полно и точно характеризует газообмен в легких. Одним из основных показателей внешнего дыхания является газообмен (анализ респираторных газов — углекислоты и кислорода в альвеолярном воздухе), то есть поглощение кислорода и выведение углекислоты. Газообмен характеризует внешнее дыхание на этапе «альвеолярный воздух — кровь легочных капилляров». Он исследуется методом газовой хроматографии.
Общая емкость легких во время нагрузки может несколько уменьшаться из-за увеличения внутриторакального объема крови. В состоянии покоя дыхательный объем (ДО) составляет 10-15% ЖЕЛ (450-600 мл), при физической нагрузке может достигать 50% ЖЕЛ. Таким образом, у людей с большой ЖЕЛ дыхательный объем в условиях интенсивной физической работы может составлять 3—4 л. Как видно на рис. 49, ДО увеличивается главным образом за счет резервного объема вдоха. Резервный объем выдоха даже при тяжелой физической нагрузке изменяется незначительно. Поскольку во время физической работы остаточный объем увеличивается, а функциональная остаточная емкость практически не изменяется, ЖЕЛ несколько уменьшается. Пробы Штанге и Генчи дают некоторое представление о способности организма противостоять недостатку кислорода.
Проба Штанге
Измеряется максимальное время задержки дыхания после глубокого вдоха. При этом рот должен быть закрыт и нос зажат пальцами. Здоровые люди задерживают дыхание в среднем на 40—50 с; спортсмены высокой квалификации — до 5 мин, а спортсменки — от 1,5 до 2,5 мин. С улучшением физической подготовленности в результате адаптации к двигательной гипоксии время задержки нарастает. Следовательно, увеличение этого показателя при повторном обследовании расценивается (с учетом других показателей), как улучшение подготовленности (тренированности) спортсмена.
Проба Генчи
После неглубокого вдоха сделать выдох и задержать дыхание. У здоровых людей время задержки дыхания составляет 25—30 с. Спортсмены способны задержать дыхание на 60—90 с. При хроническом утомлении время задержки дыхания резко уменьшается. Значение проб Штанге и Генчи увеличивается, если вести наблюдения постоянно, в динамике.
Функция дыхания
В условиях покоя или при выполнении субмаксимальных нагрузок потребность организма в кислороде остается на высоте такой же, что и на равнине. Поэтому, чтобы адекватно обеспечить организм кислородом, уменьшение количества молекул О2 в единице объема разреженного воздуха на высоте должно быть компенсировано соответствующим увеличением легочной вентиляции. Это основной функциональный механизм быстрого приспособления организма к гипоксическим условиям высоты.
На высоте до 3000-3500 м легочная вентиляция в покое усиливается вначале крайне незначительно. Поэтому сразу часто наблюдается особенно большое снижение парциального давления О2 в альвеолярном воздухе. При выполнении мышечной работы на высоте легочная вентиляция с самого начала существенно больше, чем на равнине. У одного и того же человека при одинаковой абсолютной нагрузке (равном потреблении О2) легочная вентиляция тем сильнее, чем больше высота (рис. 68).
С одной стороны, сниженная плотность воздуха на большой высоте облегчает внешнее дыхание, с другой - при низком барометрическом давлении способность дыхательных мышц повышать внутригрудное давление уменьшается. В целом, однако, максимальные возможности дыхательного аппарата на высоте больше, чем на уровне моря. Во время максимальной работы на большой высоте легочная вентиляция может достигать 200 л/мин (табл. 21).
Снижение барометрического давления ведет к уменьшению парциального напряжения О2 во всех звеньях кислородтранспортной системы организма (рис. 69), хотя усиленная легочная вентиляция и другие физиологические механизмы препятствуют снижению содержания О2 в крови и других тканях тела.
В результате вблизи митохондрий давление О2 может быть равно 10 мм рт. ст. на уровне моря и около 5 мм рт. ст даже на высоте 5600 м. Такое давление все еще достаточно, чтобы обеспечить оптимальные условия для протекания окислительных ферментативных реакций в клетках тела.
Парциальное давление О2 в альвеолярном воздухе определяется давлением этого газа во вдыхаемом воздухе и величиной легочной вентиляции. Чем выше последняя, т. е. чем больше обменивается воздух в легких, тем ближе состав альвеолярного воздуха к атмосферному. Однако в любом случае парциальное давление О2 в альвеолярном воздухе может лишь приближаться к таковому в атмосферном (вдыхаемом) воздухе, но не быть равным ему, а тем более не превышать его. Поэтому по мере увеличения высоты (снижения барометрического давления) падает парциальное давление О2 в атмосферном и соответственно в альвеолярном воздухе (см. табл. 20).
Пропорционально падению парциального давления О2 в атмосферном и альвеолярном воздухе снижается парциальное напряжение О2 в артериальной крови (гипоксемия). Это один из важнейших стимулов усиления легочной вентиляции в условиях покоя. Гипоксемия стимулирует хеморецепторы каротидных и аортальных телец, что рефлекторна усиливает активность дыхательного центра.
Высотная гипервентиляция вызывает усиленное выведение СО2 из крови с выдыхаемым воздухом. В результате по мере подъема на высоту напряжение СО2 в артериальной крови уменьшается, т.е. развивается гипокапния, которая может вызвать развитие мышечных спазмов и обширную вазоконстрикцию. Особенно неблагоприятны для организма последствия сужения сосудов головного мозга.
При усиленном удалении с выдыхаемым воздухом СО2 из крови содержание в ней растворенного СО2 снижается больше, чем бикарбоната. Поэтому вторичным эффектом высотной гипервентиляции является сдвиг реакции крови в щелочную сторону - повышение рН (дыхательный алкалоз). Снижение парциального напряжения СО2 и повышение рН в артериальной крови оказывает тормозящее влияние на дыхательный центр.
Уровень легочной вентиляции на высоте следует рассматривать как физиологический компромисс между требованием адекватного снабжения организма кислородом в гипоксических условиях и необходимостью поддерживать кислотно-щелочное равновесие в норме.
Падение парциального напряжения О2 в артериальной крови в условиях высотной гипоксии ведет к снижению процентного насыщения гемоглобина кислородом и, следовательно, к уменьшению содержания О2в крови. На высоте 2000-3000 м парциальное давление О2 в альвеолярном воздухе равно примерно 80-60 мм рт. ст., т. е. находится еще в пределах "плоской", верхней, части кривой диссоциации оксигемоглобина (рис. 70). Это гарантирует относительно высокое насыщение кислородом крови в легочных капиллярах - более 90% гемоглобина в форме оксигемоглобина. На большей высоте альвеолярное давление О2 попадает уже на "крутую", среднюю, часть кривой диссоциации оксигемоглобина. Поэтому способность связывать и транспортировать с кровью О2 на большой высоте резко снижается.
Падение насыщения артериальной крови кислородом до 80% от нормальной величины вызывает комплекс симптомов тяжелой гипоксии, известный под названием "горная болезнь": головную боль, состояние усталости, нарушение сна, пищеварения и др.
Во время мышечной работы в условиях высотной гипоксии парциальное напряжение и содержание О2 в артериальной крови снижены, а в венозной крови примерно такие же, что и в обычных условиях. Поэтому системная артерио-венозная разность по кислороду при выполнении одинаковой работы в горных условиях меньше, чем в равнинных (см. табл. 21).
Таблица 21. Показатели кислородтранспортной системы при максимальной аэробной работе у тренированных мужчин на уровне моря и через 2 недели пребывания на высоте
| Показатели | Уровень моря (до 500 м) | Высота | |
| 2300 м | 4000 м | ||
| Барометрическое давление (мм. рт. ст.) | |||
| Парциальное давление О2 (мм. рт. ст.): | |||
| во вдыхаемом воздухе | |||
| в альвеолярном воздухе | |||
| в артериальной крови | |||
| разность между альвеолярным воздухом и артериальной кровью | |||
| Внешнее дыхание: | |||
| легочная вентиляция (л/мин, ВТР5) | |||
| вентиляционный эквивалент | |||
| диффузионная способность легких для О2 (л/мин/мм рт. ст., 5ТРО) | |||
| индекс дыхательного обмена (VСО2/VО2) | 1,20 | 1,22 | 1,30 |
| Кровь: объем циркулирующей крови (л) | 6,42 | 6,19 | 5,77 |
| объем циркулирующей плазмы (л) | 3,16 | 2,95 | 2,55 |
| объем циркулирующих эритроцитов (л) | 3,26 | 3,24 | 3,22 |
| содержание О2 в артериальной крови (об.%) | 18,5 | 16,8 | 13,5 |
| содержание О2 в смешанной венозной крови (об.%) | 1,8 | 1,8 | 1,8 |
| артериовенозная разность О2 (об.%) | |||
| рН артериальной крови | 7,30 | 7,25 | 7,20 |
| напряжение СО2 в артериальной крови (мм рт. ст.) | |||
| бикарбонат плазмы (мМ/л) | 9,7 | 7,2 | 5,8 |
| лактат (мМ/л) | 11,0 | 11,0 | 11,0 |
| Кровообращение: | |||
| макс, сердечный выброс (л/мин) | 30,0 | 30,0 | 30,0 |
| макс. ЧСС (уд/мин) | |||
| макс, систолический объем (мл) | |||
| макс, кислородный пульс (млО2/уд) | |||
| МПК (л/мин) | 4,81 | 3,60 | 1,51 |
Чем больше высота (сильнее степень гипоксии) и чем интенсивнее нагрузка, тем значительнее падение напряжения и насыщения О2 в артериальной крови.
При выполнении мышечной работы на высоте увеличение концентрации молочной кислоты в мышцах и крови происходит при более низких нагрузках, чем на уровне моря (снижение анаэробного порога). При одной и той же нагрузке концентрация молочной кислоты в мышцах и крови при работе на высоте больше, а рН крови ниже, чем на уровне моря (см. рис. 68). Повышенная на высоте лактацидемия при выполнении субмаксимальных аэробных нагрузок служит дополнительным стимулом для усиления легочной вентиляции.
Максимальная концентрация лактата в крови при работе в первые дни на высоте такая же, что и на уровне моря. Следовательно, максимальная анаэробная мощность, по крайней мере та ее часть, которая определяется лактацидной (гликолити-ческой) системой, на высоте не снижается. Об этом также свидетельствует тот факт, что максимальный кислородный долг в первые дни на высоте такой же, что и на уровне моря.
Читайте также: